DE10161824A1 - Process for repairing worn or made-to-measure components - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Instandsetzen von verschlissenen oder außer Maß gefertigten Bauteilen, insbesondere von Titan-Bauteilen, sowie von Bauteilen, die in Teilbereichen zur formschlüssigen passgenauen Aufnahme weiterer Bauteile, vorzugsweise als Nuten, ausgebildet sind, wozu die betroffenen Teilbereiche bearbeitet werden, bis ein vorbestimmtes Maß erreicht ist, Herstellen von mit den bearbeiteten Teilbereiche korrespondierenden Ersatzteilen gleicher Geometrie, abzüglich eines vorbestimmten Lötspaltes aus einem zum Werkstoff des Bauteils artgleichen Werkstoff, und Einfügen eines Lotmediums zwischen bearbeiteten Wandungen der Teilbereiche und Ersatzteil diese durch einen Lötprozess mit dem Bauteil fest verbunden werden, worauf gegebenenfalls ein maßgenaues Bearbeiten des oder der betroffenen Teilbereiche erfolgt; vgl. Fig 3.Method for repairing worn or made-to-measure components, in particular titanium components, as well as components that are designed in partial areas for the form-fitting, precise fitting of further components, preferably as grooves, for which purpose the affected partial areas are machined until a predetermined size is reached is, producing spare parts of the same geometry corresponding to the processed partial areas, minus a predetermined soldering gap made of a material of the same type as the material of the component, and inserting a solder medium between processed walls of the partial areas and spare parts which are firmly connected to the component by a soldering process, where appropriate a precise machining of the affected area (s) takes place; see. Fig. 3.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Instandsetzen von verschlissenen oder außer Maß gefertigten Bauteilen, insbesondere von Titan-Bauteilen sowie von Bauteilen, die in Teilbereichen zur formschlüssigen Aufnahme weiterer Bauteile ausgebildet sind. The invention relates to a method for repairing worn out or made-to-measure components, especially titanium components and Components that are formed in partial areas for the positive reception of further components are.
Es ist bekannt die Fehlstellen von lokal beschädigten oder mit Oberflächenfehler behafteten Bauteilen dadurch zu beseitigen, dass mittels eines Werkzeuges eine die Fehlstelle ausräumende Vertiefung in das Bauteil eingearbeitet und in diese Vertiefung ein damit korrespondierender Füllkörper eingelötet und daraufhin die Oberfläche des Füllkörpers an die Oberfläche dieses Bauteiles konturgetreu angeglichen wird; vgl. DE 44 11 680 C1. It is known the defects of locally damaged or with surface defects to remove contaminated components by using a tool Incorporation of the defect to be made into the component and into it A corresponding filler is soldered into the recess and then the The surface of the packing is aligned to the surface of this component becomes; see. DE 44 11 680 C1.
Ein hierzu besonders geeigneter Füllkörper ist in der DE 196 22 584 C1 beschrieben und dargestellt. A filler that is particularly suitable for this purpose is described in DE 196 22 584 C1 and shown.
Durch die vorbekannten Maßnahmen wird der kostenintensive Austausch von an Oberflächen lokalbeschädigter Bauteile durch neue Bauteile vermieden. Thanks to the previously known measures, the cost-intensive exchange of an Surfaces of locally damaged components avoided by new components.
Es ist Aufgabe der Erfindung das bekannte Reparaturverfahren derart weiter zu bilden, dass es auch für das Instandsetzten von verschlissenen oder außer Maß gefertigten Bauteilen, insbesondere von Titan-Bauteilen sowie von Bauteilen, die in Teilbereichen zur formschlüssigen Aufnahme von weiteren Bauteilen ausgebildet sind, einsetzbar ist. It is an object of the invention to further improve the known repair method form that it is also for repairing worn or out of measure manufactured components, in particular titanium components as well as components that are in Partial areas are designed for the positive reception of further components, can be used.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch folgende Verfahrenschritte gelöst:
- - Maßgenaues Bearbeiten der betroffenen Bereiche des Bauteils der verschlissene oder außer Maß gefertigten Bauteile bis zum Erreichen eines vorbestimmten Maßes,
- - Herstellen eines oder mehrerer mit den jeweils bearbeiteten Bereichen des Bauteiles korrespondierenden Ersatzteile gleicher Geometrie abzüglich eines vorbestimmten Lötspaltes aus einem Werkstoff, der dem Werkstoff, aus dem das Bauteil gefertigt ist, artgleich ist mit gleichem oder verbesserten Werkstoffeigenschaften,
- - Vorgabe eines Lötmediums vorbestimmter Stärke zwischen den bearbeiteten Bereichen des Bauteiles und des oder der hergestellten Ersatzteile,
- - Durchführung eines Lötprozesses zwecks Verbindung von Ersatzteil und Bauteil,
- - Kriechabkühlung des Bauteils und
- - gegebenenfalls anschließendes maßgenaues Bearbeiten der betroffenen Bereiche des Bauteils.
- - Precise machining of the affected areas of the component, the worn or made-to-measure components until a predetermined dimension is reached,
- Producing one or more spare parts of the same geometry corresponding to the areas of the component being machined less a predetermined soldering gap from a material which is of the same type as the material from which the component is made, with the same or improved material properties,
- - Specification of a soldering medium of predetermined thickness between the machined areas of the component and the spare part or parts produced,
- - carrying out a soldering process for the purpose of connecting the spare part and component,
- - Creep cooling of the component and
- - If necessary, subsequent precise machining of the affected areas of the component.
Die Vorgabe des Lötmediums kann durch dessen gesondertes Einfügen zwischen Bau- und Ersatzteil oder durch vorheriges Aufbringen auf dem Ersatzteil erfolgen. The specification of the soldering medium can be between by inserting it separately Construction and replacement part or by applying it to the replacement part beforehand.
Bei Verwendung eines Ersatzteiles mit bereits bearbeiteter Außenkontur entfällt ein anschließendes Bearbeiten. When using a spare part with an already machined outer contour, there is no need subsequent editing.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Bauteil mit als
Nuten ausgebildeten Teilbereichen für die formschlüssige genaue Aufnahme weiterer
Bauteile ist die Aufgabe erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- - Maßgenaues Bearbeiten der betroffenen Wandungen der verschlissenen oder außer Maß gefertigten Nuten bis zum Erreichen eines vorbestimmten Maßes,
- - Herstellen eines oder mehrerer mit den jeweils bearbeiteten Wandungen der Nut korrespondierenden Ersatzteile gleicher Geometrie abzüglich eines vorbestimmten Lötspaltes aus einem Werkstoff, der dem Werkstoff, aus dem das Bauteil gefertigt ist, artgleich ist mit gleichem oder verbesserten Werkstoffeigenschaften,
- - Einfügen eines Lötmediums vorbestimmter Stärke zwischen Wandungen der Nut und des oder der hergestellten Ersatzteile,
- - Durchführung eines Lötprozesses zwecks Verbindung von Ersatzteil und Bauteil,
- - Kriechabkühlung des Bauteils und
- - gegebenenfalls anschließendes maßgenaues Bearbeiten der betroffenen Nut.
- - Precise machining of the affected walls of the worn or made-to-measure grooves until a predetermined dimension is reached,
- Producing one or more spare parts of the same geometry corresponding to the machined walls of the groove less a predetermined soldering gap from a material which is of the same type as the material from which the component is made, with the same or improved material properties,
- Inserting a soldering medium of predetermined thickness between the walls of the groove and the spare part or parts produced,
- - carrying out a soldering process for the purpose of connecting the spare part and component,
- - Creep cooling of the component and
- - If necessary, subsequent precise machining of the affected groove.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Lötprozess in einem Lötofen unter Vakuum bei einer Temperatur von etwa 980°C durchgeführt wird, an den sich im Lötofen eine Kriechabkühlung mit 5°C Max. pro Minute bis zum Erreichen von ca. 700°C anschließt, sowie einer nachfolgenden Aushärtung des Bauteils bei ca. 590°C für die Dauer von 8 Stunden. It is particularly advantageous if, according to a further feature of the invention Soldering process in a soldering oven under vacuum at a temperature of around 980 ° C is carried out, in which a creep cooling with 5 ° C max. per Minute until reaching approx. 700 ° C, and a subsequent one Curing of the component at approx. 590 ° C for 8 hours.
Die Erwärmung kann aber auch induktiv oder mittels Laserstrahlen oder mit Laserstrahlen und nachfahrender oder auch vorausfahrender Induktionsspule erfolgen, um das zu behandelnde Werkstück vor- oder nachzuwärmen. The heating can also be done inductively or by means of laser beams or with Laser beams and trailing or leading induction coil are made to preheat or reheat the workpiece to be treated.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further features of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass verschlissene Bauteile in einen neuwertigen Zustand überführbar und weiter verwendbar sind und damit der Austausch gegen neue Bauteile vermieden wird. Entsprechendes gilt für außer Maß gefertigte Bauteile. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft für hochwertige, insbesondere aus Titan bestehende Bauteile im Triebwerksbau, wo in Teilbereichen mit unterschiedlichen Geometrien und/oder Konturen wie Nuten, Bohrungen, Durchbrüche usw. die Reparatur-/Instandsetzungsarbeiten mit Ringe, Scheiben, Rund- /Vierkantdrähten, Stöpsel, Segmenten, Patches usw. durchzuführen sind. Insbesondere in Teilbereichen, die genaue formschlüssige Verbindungen umfassen - z. B. Gehäusesegmente -, mussten bisher stets neue maßgerechte Bauteile für den Austausch bei Reparaturarbeiten oder bei außer Maß-Fertigung verwendet werden. The invention has the advantage that worn components in a new condition Condition can be transferred and reused and thus exchanged for new ones Components is avoided. The same applies to components made to measure. The The method according to the invention is particularly advantageous for high-quality, in particular Components made of titanium in engine construction, where in some areas different geometries and / or contours such as grooves, bores, openings etc. the repair / repair work with rings, washers, round / Square wires, plugs, segments, patches etc. must be carried out. Especially in sub-areas that include precise positive connections - e.g. B. Housing segments -, always had to have new, dimensionally correct components for the Exchange can be used for repair work or for bespoke production.
Der Lötprozess verändert nicht die Festigkeitseigenschaften des Grundwerkstoffes Ti und/oder deren Legierungen noch wird die Messhaltigkeit der Bauteile unzulässig beeinträchtigt. The soldering process does not change the strength properties of the base material Ti and / or their alloys the measuring accuracy of the components is not permitted impaired.
So sind bei der Instandsetzung solcher Bauteile, insbesondere von Bauteilen mit nutenförmigen Teilbereichen die Ersatzteile allein auf die verschlissenen Teilbereiche, z. B. allein auf die Seitenflächen und/oder auf Seiten- und Grundflächen der zum Instandsetzen vorgesehen Nuten abzustimmen unter Berücksichtigung der vorbestimmbaren Lötspalte. Wenn ein Verschleiß der Grundflächen solcher Nuten nicht stattfindet genügen z. B. Ersatzteile allein für die Seitenflächen. So are involved in the repair of such components, especially components grooved sections the spare parts only on the worn sections, z. B. alone on the side surfaces and / or on the side and base surfaces of the Repair provided to tune grooves taking into account the predeterminable soldering gaps. If the base of such grooves does not wear takes place z. B. Spare parts only for the side surfaces.
Bei "Reparatur-Löten" anderer Ersatzteilgeometrien ist das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den genannten Verfahrensschritten entsprechend anzuwenden. When "repair soldering" other spare part geometries, this is the invention Apply the procedure according to the above-mentioned process steps accordingly.
Das Material des Ersatzteiles ist so zu wählen, dass es dem Grundmaterial, aus dem das reparierende Bauteil besteht, entspricht, also artgleich ist. Es können aber auch Materialien mit besseren Werkstoffeigenschaften, insbesondere verbesserter Verschleißfestigkeit z. B. Stellite verwendet werden. Schließlich ist das Einlöten von z. B. mittels Keramik beschichtetem Material möglich, um z. B. an den betreffenden Positionen des Bauteiles einen verbesserten Wärmeschutz zu erreichen. The material of the spare part is to be chosen so that it is the basic material from which the repairing component exists, corresponds, that is, is of the same type. But it can also Materials with better material properties, especially improved ones Wear resistance z. B. Stellite can be used. Finally, the soldering of z. B. possible with a ceramic-coated material, e.g. B. the relevant Positions of the component to achieve improved thermal insulation.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Gehäusesegmentes eines Turbinengehäuses beschrieben. Es zeigen: The invention is based on one in the drawing more or less schematically illustrated housing segment of a turbine housing. Show it:
Fig. 1 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines Gehäusesegmentes der Hochdruckverdichterstufe eines Verdichtergehäuses mit einem als Nut ausgebildeten Teilbereich, Fig. 1 is a plan view of a portion of a housing segment of the high-pressure compressor stage of a compressor housing having formed as a groove portion,
Fig. 2 das Gehäusesegment nach Fig. 1 mit einem eingelegten Ringsegment, Fig. 2, the housing segment of FIG. 1 with an inserted ring segment,
Fig. 3 das Gehäusesegment nach Fig. 2 mit teilweise eingelegter Lötfolie und Fig. 3 shows the housing segment of FIG. 2 with partially inserted solder foil and
Fig. 4 das Gehäusesegment nach den Fig. 1 bis 3 nach Instandsetzung. Fig. 4 shows the housing segment of FIGS. 1 to 3 after repair.
Ein in Fig. 1 nur teilweise dargestelltes Bauteil in Form eines Gehäusesegments 10 einer Hochdruckverdichterstufe weist in seiner flanschartig ausgebildeten Stirnseite 11 eine kreisringförmige Nut 12 auf, zur Aufnahme der korrespondierend geformten Feder eines weiteren entsprechend geformten Gehäusesegments, das mit dieser in die zugeordnete Nut formschlüssig eingreift. A component in the form of a housing segment 10 of a high-pressure compressor stage, which is only partially shown in FIG. 1, has an annular groove 12 in its flange-like end face 11 for receiving the correspondingly shaped spring of another correspondingly shaped housing segment, which engages with it in a form-fitting manner in the associated groove ,
Bei lokalem Verschleiß dieser Nuten oder bei einer außer Maß Fertigung, was nach der Erfahrungen oft nur die Seitenwandungen 14, 14' dieser Nut betrifft, erfolgt deren Reparatur in der Weise, dass der Nut angepasste den Verschleiß oder die außer Maß Fertigung eliminierende als Ersatzteile dienende Ringsegmente 16 gefertigt werden, und zwar aus einem zum Werkstoff des Bauteils 10 gleichen oder artgleichen Werkstoff. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass für jedes Ersatzteil Lötmedien in Form von Lötfolien 18 vorzusehen sind, die zwischen die Wandungen 14, nämlich Seitenwandungen 14' und/oder Nutengrund 14" und Ersatzteil 16 einzufügen sind. Bei der Herstellung der Ersatzteile sind also der Aufnahme des jeweiligen Lötmediums dienende vorbestimmte Lötspalte zu berücksichtigen. In the event of local wear of these grooves or in the case of an out-of-scale production, which experience has shown to often only affect the side walls 14 , 14 'of this groove, they are repaired in such a way that the groove is adapted to serve as spare parts and to eliminate wear or out-of-scale production Ring segments 16 are manufactured, namely from a material that is the same or the same as the material of the component 10 . It must be taken into account here that soldering media in the form of solder foils 18 are to be provided for each spare part, which are to be inserted between the walls 14 , namely side walls 14 'and / or groove base 14 "and spare part 16. The manufacture of the spare parts must therefore include the to take into account respective predetermined soldering gaps serving respective soldering medium.
Nach Einlegen der Lötfolien auf dem Nutgrund 15, vgl. Fig. 1, dem Montieren der Ringsegmente 16 und dem Einlegen der Lötfolien zwischen den Seitenwandungen 14, 14' der Nut 12, vgl. Fig. 2 und 3, ist das Bauteil 10 für den durchzuführenden Lötprozess bereit. Ist das zu verwendete Ersatzteil selbst mit einer Lötfolie bedeckt, erübrigt sich das Einlegen einer solchen Lötfolie. After inserting the solder foils on the groove base 15 , cf. Fig. 1, the mounting of the ring segments 16 and inserting the brazing foil between the side walls 14, 14 'of the groove 12, see FIG. Figs. 2 and 3, the component 10 to be carried out for the soldering process is ready. If the spare part to be used is itself covered with a solder foil, there is no need to insert such a solder foil.
Es können aber auch anders gestaltete Bauteile in der beschriebenen Weise behandelt werden, um betriebsbedingten Verschleiß oder eine außer Maß-Fertigung zu beheben. Die dort betroffenen Bereiche sind ebenfalls entsprechend zu bearbeiten, bis eine einheitliche Breite bzw. eine gewünschte Tiefe zur Aufnahme eines entsprechend geformten Ersatzteils erreicht ist. Eine solche Bearbeitung umfasst ebenfalls die Stärke des oder der jeweiligen Ersatzteile sowie die Stärke des jeweiligen Lötmediums. However, differently designed components can also be used in the manner described be treated to operational wear or an out of order manufacturing too remedy. The areas affected there must also be processed accordingly, to a uniform width or a desired depth to accommodate a appropriately shaped spare part is reached. Such processing also includes the strength of the respective spare part (s) and the strength of the respective one Lötmediums.
Auf die beschriebene Weise lassen sich bauteil- und funktionsabhängiger Verschleiß z. B. von 0,50 mm Tiefe je Wandung einer Nut beheben. Dies gilt auch für außer Maß gearbeitete Bauteile. Bei der Vorbereitung für das Löten ist darauf zu achten, dass die einzelnen Teile, nämlich das Ersatzteil und das Lötmedium sauber ohne Spalt aneinander gefügt sind. Component and function-dependent wear can be achieved in the manner described z. B. of 0.50 mm depth per wall of a groove. This also applies to out of measure machined components. When preparing for soldering, make sure that the individual parts, namely the spare part and the soldering medium clean without a gap are joined together.
An den Außenkanten kann zusätzlich Lötpaste aufgetragen werden, um einen Einfall der Lötnaht entgegen zu wirken. Additional soldering paste can be applied to the outside edges to prevent it from falling into place to counteract the solder seam.
Der Lötprozess - z. B. für Bau- und Ersatzteil aus Titan Ti6242 - erfolgt in einem Lötofen unter Vakuum (z. B. 1 × 10 bar) bei einer Temperatur von etwa +980°C. An den Lötvorgang schließt sich eine Kriechabkühlung mit 5°C Max. pro Minute an, die bis zum Erreichen von einer Temperatur von ca. +700°C durchzuführen ist. Daran anschließend erfolgt ein Aushärten des Bauteils 10 bei einer Temperatur von ca. +590°C für die Dauer von 8 Stunden. Durch diesen Vorgang wird eine Verringerung der Festigkeitseigenschaften des Bauteils 10 infolge des durchgeführten Lötvorganges wieder weitestgehend behoben. The soldering process - e.g. B. for components and spare parts made of titanium Ti6242 - takes place in a soldering oven under vacuum (z. B. 1 × 10 bar) at a temperature of about + 980 ° C. The soldering process is followed by a creep cooling at 5 ° C max. Per minute, which must be carried out until a temperature of approx. + 700 ° C is reached. This is followed by curing of the component 10 at a temperature of approximately + 590 ° C. for a period of 8 hours. A reduction in the strength properties of the component 10 as a result of the soldering process carried out is largely eliminated by this process.
Um einen Verzug des Bauteils 10 während des Lötprozesses zu verhindern ist dieses während des Lötvorganges im Lötofen eben aufzuspannen. Während der anschließenden Abkühlung ist, um ein Verziehen des Bauteils 10 zu verhindern, ein gleichmäßiges Anblasen des Bauteils 10 - zum Beispiel mit Argon - durchzuführen. In order to prevent distortion of the component 10 during the soldering process, it must be clamped in the soldering furnace during the soldering process. , While the subsequent cooling to a distortion of the component to prevent 10, an even blowing the component 10 - for example with argon - perform.
Wenn die Konfiguration oder Art der zu behandelnden Bauteile eine örtliche Wärmeeinbringung erfordert kann dies auch mittels einer Induktionsspule erfolgen, die den gesamten Lötbereich abdeckt. If the configuration or type of components to be treated is local Heat input can also be done by means of an induction coil, which covers the entire soldering area.
Auch ist die notwendige Wärmeeinbringung mit Laserstrahlen möglich. Diese Wärmeeinbringung kann auch in Verbindung mit einer "nachfahrenden" oder "vorausfahrenden" Induktionsspule kombiniert werden. Dies hat den Vorteil, dass eine rasche Abkühlung des Lötbereichs vermieden wird, bzw. dass das zu behandelnde Bauteil vorgewärmt wird. The necessary heat input with laser beams is also possible. This Heat input can also be combined with a "trailing" or "leading" induction coil can be combined. This has the advantage of being quick Cooling of the soldering area is avoided, or that the component to be treated is preheated.
Um der Gefahr von Verzug, insbesondere bei einer Schnellabkühlung entgegen zu wirken, ist für den Lötprozess eine im Lötofen (5°C pro Minute von 980°C bis 700°C) integrierte Kriechabkühlung vorgesehen. To counter the risk of delay, especially in the case of rapid cooling for the soldering process is one in the soldering furnace (5 ° C per minute from 980 ° C to 700 ° C) integrated creep cooling provided.
Als Lötmedium sind Lötfolien (vorzugsweise 0,07 mm Dicke) oder Lötpasten geeignet, wobei ein Lötspalt entsprechend der Lötfoliendichte einzuhalten ist. Als Lötmedium ist das handelsübliche Lot MTS 14 10 - TiCuNi Wesgo(70 Ti-15Cu-15Ni) bzw. das neu definierte Lot MTS 1473-1 (60Ti-15Cu-25Ni) - zu verwenden. Solder foils (preferably 0.07 mm thick) or solder pastes are used as the soldering medium suitable, whereby a soldering gap according to the density of the solder foil must be observed. As The soldering medium is the commercially available solder MTS 14 10 - TiCuNi Wesgo (70 Ti-15Cu-15Ni) or to use the newly defined Lot MTS 1473-1 (60Ti-15Cu-25Ni).
Nach dem Einlöten der Ringsegmente erfolgt die sich anschließende Sollmaß- Fertigung mittels der üblichen Fertigungsmittel. Eine solche Sollmessfertigung entfällt, wenn das anzuwendende Ersatzteil in Voraus auf Endkontur bearbeitet werden kann. After the ring segments have been soldered in, the subsequent nominal dimensions Manufacturing using the usual manufacturing equipment. Such a target measurement production does not apply if the spare part to be used is machined to the final contour in advance can.
Die Erfindung ist auf die dargestellte und beschriebene Konfiguration der Ersatzteile nicht beschränkt, es sind auch Ring-, Vierkant-, Segment-, Patch- und andere Formen je nach Konfiguration der Bauteile möglich, deren Verschleiß oder deren außer Maß Fertigung durch das erfindungsgemäße hier mit Patschlöten bezeichnetes Verfahren zu beheben ist. The invention is based on the illustrated and described configuration of the spare parts not limited, they are also ring, square, segment, patch and other shapes depending on the configuration of the components possible, their wear or their excess Manufactured by the method according to the invention, which is referred to here as patch soldering to fix.
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